电气类实验课程教学改革实践与探索
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摘 要：对于电气类专业的本科学生而言，实验课程是整个本科学习活动过程中必不可少的重要环节，而对实验教学的改革与探索是培养高水平、高素质的复合应用型电气毕业生的重要途径之一。本文分析了高校电气类实验教学过程中存在的一些问题，结合实际工作经验，从提高实验课程的重要性、优化实验项目的种类、合理采用虚拟仿真与实物实验相结合的手段以及实验考核等4个方面提出一些改革措施。通过对学生学习成果的跟踪调查可以看出，这些措施对于加深学生对理论知识的理解、提高学生解决实际问题的能力以及开发学生的创造性思维都有良好效果。
关键词：电气工程 实验教学 课程改革
中图分类号：G652 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）02（c）-0203-03
Abstract： For the undergraduate students majoring in electrical engineering， the experimental course is an essential part of the whole undergraduate learning process. The reform and exploration of experimental teaching is one of the important ways to cultivate high-level and high-quality electrical graduates. This paper analyzes some problems existing in the process of electrical experiment teaching in Colleges and universities. Combined with practical work experience， some reform measures are put forward from four aspects： improving the importance of experimental courses， optimizing the types of experimental projects， reasonably using the means of combining virtual simulation with physical experiment， and experimental examination. Through the follow-up survey of students' learning achievements， we can see that these measures have good effects on deepening students' understanding of theoretical knowledge， improving students' ability to solve practical problems and developing students' creative thinking.
Key Words： Electrical engineering; Experimental teaching; Curriculum reform
電气工程专业作为工科类的热门专业之一，其毕业生都有着不错的就业去向[1]。这些毕业生在工作中面对的都是实际工程，需要很强的动手能力以及解决实际问题的能力，这就对电气类实验课程以及实验教学提出了更高的要求[2-4]。电气工程专业是一个注重理论与实践相结合的学科，而合理的实验教学不仅可以帮助学生加深对理论知识的理解，也可以提高学生的独立思考能力和实践能力[5-6]。因此，实验课程的开设与完善，以及实验教学手段的合理优化对于培养符合社会需求的高水平、高素质复合应用型人才具有重要意义。
1 传统电气类实验教学的不足
在传统的教学活动中，实验教学面临的一个非常严重的问题就是不被重视。在教学层面，实验教学的内容以及考核结果不被重视;在学生层面，学生也对实验课程不重视，经常出现上课迟到以及抄袭数据，蒙混过关的情况;在教学设备方面，实验设备经常得不到定期的维护与更新，当出现设备损坏时，学生就不得不以小组为单位进行实验，进而使学生产生蒙混过关的心理;在职业发展前景层面，实验课程教师与理论课程教师相比仍有一定的差距。
其次，传统的实验项目大多是验证性实验，即对理论课中的定理、公式等进行实验验证。比如电路实验中的叠加定理的验证实验[7-8]。这种验证性实验可以帮助学生巩固课堂的理论知识，但是不能启发学生的创新思维，培养学生举一反三、独立思考的能力，不符合现代教学的要求，也不能满足社会发展对人才的要求[9]。因此，对实验教学进行改革与探索具有非常重要的意义。
2 实验教学内容的改革
2.1 提高实验课程的地位
实验课程之所以得不到应有的重视，这与实验考核成绩和理论考核成绩的分配比例有直接关系。在传统的培养计划中，实验课程总是作为理论课程的一部分，实验课程的成绩仅仅占该课程总成绩的20%甚至10%，比平时成绩的比例都要低，这就出现学生不重视实验课程，上实验课应付了事的现象。针对这一问题，从学校层面，学校在制订培养计划时可以采取把课时较多的实验进行单独设课。单独设课之后，该实验课程就具有相应的学分以及相应的考核成绩，学生就必须对此实验课程重视起来，只有认真完成实验课程才能修得相应的学分。比如江苏大学京江学院，就把大于等于16个课时的实验进行了单独设课，比如模拟电子电路实验、数字电子电路实验以及电工电子学实验等。从学生的课堂反应以及实验效果来看，单独设课后学生明显更加主动地参与实验操作以及积极地对实验结果进行思考，部分重要课程单独设课，而不是作为某门课程的附属。除了上述的专业基础课，一些专业课程，比如可编程逻辑控制（PLC）实验、电机学实验以及电力拖动与基础实验都需要单独设立实验课程，这些课程都是比较抽象的，但是应用性很强的课程，比如电机学。对学生而言电机定转子磁场的变化，电机内部磁力线的分布都是比较抽象的。而在电机学实验教学中，我们可以鼓励学生对已有电机进行拆解、重组，同时结合仿真实验让学生直观地观察到内部磁场的变化。在学生对电机进行拆解、重组的过程中就可以激发学生对电机的结构进行创新，比如改变定转子的位置，改变电机的励磁方式等。而这些教学手段得以顺利实施的前提都是学生能够对实验课程高度重视，积极主动地参与实验教学。因此，对多课时实验课程进行单独设课是非常有必要的。当然，对于一些专业选修课的实验部分，如果单独设课就会造成比较严重的资源浪费，但是我们也可以对这些实验进行整合，开设一门具有通用性的实验课程，这样不仅可以节约设备成本，也可以让学生对所学知识有一个综合性的掌握。而从教师层面，实验教师在备课时也要花费更多的时间，精益求精，对实验原理的介绍不能简单带过，而对实验操作过程的介绍也不能太详尽，要更多地让学生去思考;同时，对实验课程的考核也要严格要求，不能让学生存在侥幸心理。 2.2 优化实验项目比例
目前实验项目的组成主要有验证性实验和设计综合性实验两大类。合理优化这两类实验项目的比例，对达到更好的实验教学效果具有重要意义。为了满足现代教学的要求，普通高校应减少开设验证性实验项目，增加设计综合性实验项目。验证性实验由教师设计实验框架，学生只需要在固有的框架内进行实验操作，这类实验可以帮助学生掌握实验仪器的操作，加深学生对理论知识的理解，但是不能开发学生的创新思维，培养学生对科学技术的兴趣。而设计综合性实验则需要学生在已有的理论知识的基础上，将这些知识进行整合，自己制订实验方法，实验框架，选择实验器材，还要对自己得到的数据进行分析和论证[10]。它注重的是实验的整个过程，而不是单纯的实验结果，这类实验可以激发学生对科学的热情，使学生在实验过程中能从一个点拓展到面，比如模拟电子电路实验中的信号发生电路实验就是一个开发性的综合实验，学生需要整合自己已经学过的知识，自己设计具体的电路结构、器件参数、器件型号等，在这个过程中，学生自然而然地就会把运算放大电路以及比较器电路的知识摸透，就不需要单独地再去做运算放大电路的实验，既节约了时间成本，又培养了学生独立思考的能力，让学生在实验中发现问题，解决问题。验证性实验是基础，通过验证性实验让学生掌握实验仪器的使用方法和基本的定理、公式;在这个基础上再让学生进行开发设计类的实验，两者相辅相成。
要合理优化这两类实验项目的比例，可以从以下几个方面入手。从教师层面，教师应因材施教，在确定实验项目之前，要先充分了解学生的学习情况，对于学习基础较好的班级，减少验证性实验项目的比例，增加开发设计类实验项目;而对于学习基础相对薄弱的班级，则可以适当增加一到两个验证性实验，帮助学生加深对理论知识的了解，当然开发设计类实验应占主体地位。从学校层面，学校在购买相关实验设备仪器时，不要都选择集成度高的设备，虽然高集成度的设备可以降低实验难度，但也减少了学生的动手机会。在调研过程中发现，有些高校将交流毫伏表、万用表以及函数发生器等都封装到实验台架里面，学生在使用过程中只需要简单接线就可以测量出实验数据，但实验做完后，有些学生甚至连万用表都不会使用，这对于电气类学生而言简直不可想象。所以学校在购买实验设备时应尽量选择功能强大、扩展性高的实验设备，让学生的思维和想象不再受实验设备的制约。从学生层面，学生可以根据自己感兴趣的内容给实验教师提出合理的想法，实验教师在条件允许的情况下帮助学生进行相关的实验，而不再局限于老师选定实验项目。
2.3 仿真软件与实物实验相结合
仿真软件和具体的实验设备都是实验教学的有效工具。一般情况下，能通过实物教学的，尽量不使用仿真软件。但是对于一些需要观察内部运行原理、改变参数观察现象以及危险系数较高、容易损坏实验设备的实验，就可以采用仿真软件进行实验教学。比如电机学实验，电机的内部结构可以通过拆解、组装实物电机加深认识，但是内部磁场的变化、改变电流等参数观察电机的性能等就需要通过仿真软件来解决。一是因为通过实物，不能将内部磁场变化直观化;二是在改变电流时，很容易将电机烧毁，危险系数和能耗系数都很高。此外，仿真软件可以完成一些极限情况下的测试，而这些是实物平台不能完成的。总而言之，一个实验项目也不要局限于只使用仿真软件或者只使用实物设备，仿真软件和实物设备应做到有机结合，达到更好的实验教学效果。
除了仿真软件，虚拟仿真实验教学中心也是目前各高校实验室建設的热点。江苏大学京江学院也正在积极地学习国家级虚拟仿真实验教学中心建设的相关内容，参照其他已经申请了国家级虚拟仿真实验教学中心的高校的经验来看，有效地采用虚拟仿真实验对教学和科研都可以取得很好的效果，示范与辐射效应明显。
2.4 实验课程考核及评价方式的改进
实验课程的考核与理论课不同，实验课程的考核成绩应做到操作技能与实验报告相结合，各占一定比例。对于操作技能的打分，就要求实验教师在实验过程中仔细观察每位同学的表现，综合完成实验所需时间、所得数据是否合理、对实验设备使用是否正确熟练等几个方面给出合理的分数。而对于实验报告，目前存在的一个主要问题就是学生都倾向于机械地抄写实验指导书的内容，甚至有些学生将没有做过的实验步骤照抄到实验报告上，这其实是一种浪费时间的无用之功。还有一种现象就是有些学生不会判断自己所得数据是否正确，就直接抄袭别人的数据或者直接写上理论计算值，其实由于实验设备的误差，实验数据出现微小差别也是正常现象。学生应根据实验过程和老师所讲内容，自己总结相关的实验原理，同时记录相关的实验步骤和方法，对所得的实验数据进行处理和分析，探索实验方案的不足之处。同时实验教师也可以根据具体情况，布置相应的思考题。根据学生对数据的处理情况以及思考题的完成情况给出合理的分数。最终的实验课程成绩应将操作技能成绩和实验报告成绩按一定比例相加，给出有理有据的实验评价。
3 结语
电气专业是目前的热门专业，其毕业生也渗透到社会的各行各业。培养出综合素质高、动手能力强，符合社会需求的电气类毕业生是普通高校的基本任务。而实验教学对于开发学生的创新思维、提高学生的动手能力至关重要。因此认真研究当前实验教学存在的问题，并进行有针对性的改革，对于学生的综合能力、动手能力的培养，以及教师教学与科研的提高均有重要作用。从提高实验课程的重要性、优化实验项目比例、仿真软件与实物相结合以及改进实验课程考核方式等方面采取措施，可以很好地改进实验教学体系、提高实验教学质量和效率，取得了很好的教学效果。
参考文献
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